JP6733615B2 - Heat storage device - Google Patents

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Description

本発明は蓄熱装置に関する。 The present invention relates to a heat storage device.

特許文献1は、酢酸ナトリウム三水和物を蓄熱材として用いた蓄熱システムを開示している。 Patent Document 1 discloses a heat storage system using sodium acetate trihydrate as a heat storage material.

酢酸ナトリウム三水和物は、摂氏58℃の融点で融解する。しかし、酢酸ナトリウム三水和物は、融点以下に冷却されても直ちに凝固しない。融点以下に冷却されても液体が凝固していない状態は、過冷却状態と呼ばれる。 Sodium acetate trihydrate melts at a melting point of 58°C. However, sodium acetate trihydrate does not solidify immediately when cooled below its melting point. A state in which the liquid is not solidified even when cooled to the melting point or lower is called a supercooled state.

酢酸ナトリウム三水和物を含有する蓄熱材を加熱して融解した後、蓄熱材を過冷却状態になるまで冷却する。このようにして、潜熱が酢酸ナトリウム三水和物に蓄えられる。熱が必要とされたときに、酢酸ナトリウム三水和物を含有する蓄熱材の過冷却状態が解除される。酢酸ナトリウム三水和物は液体状態から固体状態に変化し、この変化のために酢酸ナトリウム三水和物から熱が放出される。すなわち、潜熱が取り出される。このようにして、蓄熱効果が達成される。 After the heat storage material containing sodium acetate trihydrate is heated and melted, the heat storage material is cooled to a supercooled state. In this way, latent heat is stored in sodium acetate trihydrate. When heat is needed, the supercooled state of the heat storage material containing sodium acetate trihydrate is released. Sodium acetate trihydrate changes from a liquid state to a solid state, and this change releases heat from sodium acetate trihydrate. That is, latent heat is extracted. In this way, the heat storage effect is achieved.

特許文献2は、過冷却状態の解除手段として、過冷却状態の蓄熱材に電圧を印加する銀電極を具備している蓄熱槽を開示している。 Patent Document 2 discloses a heat storage tank including a silver electrode for applying a voltage to a heat storage material in a supercooled state, as a means for releasing the supercooled state.

特許文献3は、過冷却防止剤、蓄熱方法、および蓄熱システムを開示している。特許文献3による製造方法は、酢酸ナトリウム3水和物を含む融液に多孔体を浸漬する工程と、多孔体に融液が含浸した状態を保ちながら、融液の過冷却が解除される温度以下で融液及び多孔体を冷却する工程と、を含む。酢酸ナトリウム3水和物を含む蓄熱材を酢酸ナトリウム3水和物の融点よりも高い温度で加熱することによって熱を蓄える。特許文献3による方法で製造された過冷却防止剤の存在下で、酢酸ナトリウム3水和物が液相から固相へと変化するように蓄熱材から熱を奪う。 Patent Document 3 discloses a supercooling inhibitor, a heat storage method, and a heat storage system. The manufacturing method according to Patent Document 3 includes a step of immersing the porous body in a melt containing sodium acetate trihydrate, and a temperature at which the supercooling of the melt is released while maintaining the state in which the porous body is impregnated with the melt. The step of cooling the melt and the porous body is included below. Heat is stored by heating a heat storage material containing sodium acetate trihydrate at a temperature higher than the melting point of sodium acetate trihydrate. In the presence of the supercooling inhibitor produced by the method according to Patent Document 3, heat is removed from the heat storage material so that sodium acetate trihydrate changes from a liquid phase to a solid phase.

特開2008−20177号公報JP, 2008-20177, A 特開昭61−204293号公報JP-A-61-204293 特開2013−067720号公報JP, 2013-067720, A

本発明の目的は、電圧印加により過冷却を解除して熱を放出し、かつ繰り返し利用可能な蓄熱装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a heat storage device which releases supercooling by applying a voltage to release heat and which can be repeatedly used.

本発明は、蓄熱装置であって、
酢酸ナトリウム三水和物を含有する蓄熱材、
前記蓄熱材に接し、かつ銀、銀合金、および銀化合物からなる群から選択される少なくとも1つから形成された表面を有する第1電極、
前記蓄熱材に接する第2電極、
前記蓄熱材に含有された無機多孔体、および
前記第1電極および前記第2電極に電圧を印加するための電源を具備し、
前記無機多孔体は、50ナノメートル以下の平均細孔径を有する、蓄熱装置である。
The present invention is a heat storage device,
Heat storage material containing sodium acetate trihydrate,
A first electrode which is in contact with the heat storage material and has a surface formed of at least one selected from the group consisting of silver, silver alloys, and silver compounds;
A second electrode in contact with the heat storage material,
An inorganic porous material contained in the heat storage material, and a power source for applying a voltage to the first electrode and the second electrode,
The inorganic porous body is a heat storage device having an average pore diameter of 50 nanometers or less.

本発明は、上記の蓄熱装置を利用した熱放出方法を含む。 The present invention includes a heat release method using the above heat storage device.

本発明は、上記の蓄熱装置を具備する車両を含む。さらに、本発明は、当該車両においてエンジンに熱を付与する方法を含む。 The present invention includes a vehicle including the above heat storage device. Further, the invention includes a method of applying heat to an engine in the vehicle.

本発明は、電圧印加により過冷却を解除して熱を放出し、かつ繰り返し利用可能な蓄熱装置を提供する。 The present invention provides a heat storage device that releases supercooling by applying a voltage to release heat and can be repeatedly used.

図1は、実施形態による蓄熱装置の概略図を示す。FIG. 1 shows a schematic view of a heat storage device according to an embodiment. 図2は、活性炭の細孔構造の模式図を示す。FIG. 2 shows a schematic diagram of the pore structure of activated carbon.

以下、本発明の実施形態が、図面を参照しながら説明される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

(蓄熱装置10)
図1は、実施形態による蓄熱装置10の概略図を示す。図1において、蓄熱装置10は、蓄熱材12で満たされた蓄熱槽11、第1電極13aおよび第2電極13bを具備する一対の電極13、直流電源14、およびスイッチ15を具備している。
(Heat storage device 10)
FIG. 1 shows a schematic diagram of a heat storage device 10 according to an embodiment. In FIG. 1, the heat storage device 10 includes a heat storage tank 11 filled with a heat storage material 12, a pair of electrodes 13 having a first electrode 13 a and a second electrode 13 b, a DC power supply 14, and a switch 15.

(蓄熱槽11)
蓄熱槽11は、断熱材により保温されている。断熱材の例は、グラスウールである。蓄熱槽11は、蓄熱材12を含有している。本実施形態においては、蓄熱材12は、酢酸ナトリウム三水和物である。言い換えれば、蓄熱材12は、酢酸ナトリウム三水和物を主成分として含有する。
(Heat storage tank 11)
The heat storage tank 11 is kept warm by a heat insulating material. An example of an insulating material is glass wool. The heat storage tank 11 contains a heat storage material 12. In the present embodiment, the heat storage material 12 is sodium acetate trihydrate. In other words, the heat storage material 12 contains sodium acetate trihydrate as a main component.

(蓄熱材12)
蓄熱材12は、無機多孔体を含有する。
(Heat storage material 12)
The heat storage material 12 contains an inorganic porous body.

後に詳細に説明されるが、本発明者らは、無機多孔体の細孔の内部が、固相の微細な蓄熱材12を有していると考えている。本明細書においては、固相の微細な蓄熱材12は、「クラスタ」とも呼ばれる。細孔内に含まれる固相の微細な蓄熱材12は、毛管凝縮により、細孔外に位置する蓄熱材12よりも強い分子間結合を有する。 As will be described in detail later, the present inventors believe that the inside of the pores of the inorganic porous material has a fine solid phase heat storage material 12. In the present specification, the solid phase fine heat storage material 12 is also referred to as a “cluster”. The solid phase fine heat storage material 12 contained in the pores has a stronger intermolecular bond than the heat storage material 12 located outside the pores due to capillary condensation.

このため、蓄熱材12が加熱されたときに、細孔内に含まれる蓄熱材12は、細孔外に位置する蓄熱材12よりもゆっくりと融解する。その結果、蓄熱材12が液体状態において高温で保持された後でのクラスタの生存可能性を高めることができる。したがって、蓄熱材12が液体状態において高温で保持された後であっても、電圧の印加により、摂氏58度以下の温度下において酢酸ナトリウム三水和物の過冷却状態が解除され得る。より詳細には、蓄熱材12が液体状態において高温で保持された後であっても、クラスタ(すなわち、固相の微細な蓄熱材12)が細孔内に位置しているため、過冷却状態における電圧の印加時に、そのクラスタの中心からその周囲に拡がるように、蓄熱材12は結晶化する。言い換えれば、過冷却状態における電圧の印加時における蓄熱材12の結晶化はそのクラスタを起点としている。 Therefore, when the heat storage material 12 is heated, the heat storage material 12 contained in the pores melts more slowly than the heat storage material 12 located outside the pores. As a result, it is possible to increase the viability of the clusters after the heat storage material 12 is held at a high temperature in the liquid state. Therefore, even after the heat storage material 12 is kept at a high temperature in the liquid state, the supercooled state of sodium acetate trihydrate can be released under the temperature of 58 degrees Celsius or less by applying the voltage. More specifically, even after the heat storage material 12 is kept in a liquid state at a high temperature, the clusters (that is, the solid phase fine heat storage material 12) are located in the pores, so that the supercooled state is obtained. When the voltage at is applied, the heat storage material 12 is crystallized so as to spread from the center of the cluster to the periphery thereof. In other words, the crystallization of the heat storage material 12 at the time of applying the voltage in the supercooled state starts from the cluster.

蓄熱材12に含有される無機多孔体は、50ナノメートル以下の平均細孔径を有する。
無機多孔体の細孔径は、通常用いられる方法で測定され得る。例えば、細孔径は、窒素ガス吸着法または水銀圧入法に基づいて算出され得る。本明細書において用いられる用語「平均細孔径」とは、Barret-Joyner-Halenda法(以下、「BJH法」という)またはHorvath-Kawazoe法(以下、「HK法」という)により窒素の吸着等温線から導出された細孔径分布曲線のピーク値での細孔径を意味する。細孔径分布曲線は、横軸が細孔径かつ縦軸が細孔容積のグラフ上に描かれる。平均細孔径は、細孔容積の最大値での細孔径に等しい。あるいは、本明細書において用いられる用語「平均細孔径」とは、水銀圧入法により求めた細孔径分布曲線のピーク値での細孔径を意味する。なお、本明細書において、ゼオライト、メソポーラスシリカ、または活性炭の平均細孔径は、窒素ガス吸着法により算出される。シリカゲルの平均細孔径は、水銀圧入法により算出される。多くの場合、市販されている無機多孔体の平均細孔径は、そのカタログに開示されている。
The inorganic porous material contained in the heat storage material 12 has an average pore diameter of 50 nanometers or less.
The pore size of the inorganic porous material can be measured by a commonly used method. For example, the pore size can be calculated based on the nitrogen gas adsorption method or the mercury porosimetry method. As used herein, the term “average pore size” means the adsorption isotherm of nitrogen by the Barret-Joyner-Halenda method (hereinafter referred to as “BJH method”) or Horvath-Kawazoe method (hereinafter referred to as “HK method”). Means the pore diameter at the peak value of the pore diameter distribution curve derived from. The pore diameter distribution curve is drawn on a graph in which the horizontal axis represents the pore diameter and the vertical axis represents the pore volume. The average pore diameter is equal to the pore diameter at the maximum pore volume. Alternatively, the term “average pore size” used in the present specification means the pore size at the peak value of the pore size distribution curve obtained by the mercury penetration method. In the present specification, the average pore size of zeolite, mesoporous silica, or activated carbon is calculated by the nitrogen gas adsorption method. The average pore diameter of silica gel is calculated by the mercury intrusion method. In many cases, the average pore size of commercially available inorganic porous materials is disclosed in the catalog.

後述される比較例2において実証されているように、平均細孔径が50ナノメートルを超えると、蓄熱材12が液体状態において高温で保持された後において電圧が印加されても、酢酸ナトリウム三水和物の過冷却状態が解除されない。これは、平均細孔径が50ナノメートルを超えると、毛管凝縮の効果が小さくなるために、蓄熱材12が液体状態において高温で保持された後におけるクラスタの生存可能性が著しく小さくなるからである、と本発明者らは考えている。言うまでもないが、蓄熱材12が無機多孔体を含有しない場合も、上記の同様の理由で、酢酸ナトリウム三水和物の過冷却状態が解除されない。 As demonstrated in Comparative Example 2 to be described later, when the average pore diameter exceeds 50 nanometers, sodium acetate trihydrate even if a voltage is applied after the heat storage material 12 is kept at a high temperature in a liquid state. The supercooled state of Japanese products is not released. This is because when the average pore diameter exceeds 50 nanometers, the effect of capillary condensation is reduced, so that the viability of clusters after the heat storage material 12 is kept at a high temperature in a liquid state is significantly reduced. The inventors consider that. Needless to say, even when the heat storage material 12 does not contain an inorganic porous material, the supercooled state of sodium acetate trihydrate is not released for the same reason as above.

一方、細孔の内部が蓄熱材12を有し、かつ、クラスタの融解が抑制される限り、無機多孔体の平均細孔径の下限は、制限されない。一例として、無機多孔体の平均細孔径は、0.9ナノメートル以上である。 On the other hand, the lower limit of the average pore diameter of the inorganic porous material is not limited as long as the pores have the heat storage material 12 and the melting of the clusters is suppressed. As an example, the average pore diameter of the inorganic porous material is 0.9 nanometers or more.

無機多孔体の材料は、例えば、金属酸化物またはカーボンである。金属酸化物の例は、ゼオライト、シリカ、アルミナ、チタニア、またはタングステン酸化物である。 The material of the inorganic porous body is, for example, metal oxide or carbon. Examples of metal oxides are zeolite, silica, alumina, titania, or tungsten oxide.

後述される実施例において実証されているように、望ましい無機多孔体は、活性炭またはシリカゲルである。 As demonstrated in the examples below, the preferred inorganic porous material is activated carbon or silica gel.

活性炭およびシリカゲルは、50ナノメートル以下のサイズを有する細孔(以下、「ミクロメソ孔」という)を有するとともに、これらの細孔に連結し、かつ50ナノメートルよりも大きいサイズを有する細孔(以下、「マクロ孔」)を、その表面に有する。 Activated carbon and silica gel have pores having a size of 50 nanometers or less (hereinafter referred to as “micro mesopores”), and pores connected to these pores and having a size of more than 50 nanometers (hereinafter , "Macropores") on its surface.

図2は、無機多孔体の細孔の構造の模式図を示す。図2に示されるように、活性炭の表面20はマクロ孔21を有する。ミクロメソ孔22は、マクロ孔21に連結するように活性炭の内部に配置されている。このため、蓄熱材12は容易にミクロメソ孔22に導入される。このようにして、固相の微細な蓄熱材12がミクロメソ孔の内部に形成される。このことは、後に詳細に後述される。 FIG. 2 shows a schematic diagram of the structure of the pores of the inorganic porous material. As shown in FIG. 2, the surface 20 of activated carbon has macropores 21. The micro mesopores 22 are arranged inside the activated carbon so as to be connected to the macropores 21. Therefore, the heat storage material 12 is easily introduced into the micro mesopores 22. In this way, the solid phase fine heat storage material 12 is formed inside the micro mesopores. This will be described later in detail.

その結果、メソポーラスシリカのようなマクロ孔21を有さない無機多孔体に比べて、50ナノメートル以下のサイズを有するミクロメソ孔22内により多くの蓄熱材12が配置され得る。その結果、蓄熱材12が液体状態において高温で保持された後でのクラスタ生存率がさらに向上する。このため、蓄熱材12が液体状態において高温で長時間保持されても、電圧印加により過冷却が解除され得る。 As a result, more heat storage material 12 can be arranged in the micro mesopores 22 having a size of 50 nanometers or less, as compared with the inorganic porous body having no macropores 21 such as mesoporous silica. As a result, the cluster survival rate after the heat storage material 12 is kept at a high temperature in the liquid state is further improved. Therefore, even if the heat storage material 12 is kept in a liquid state at a high temperature for a long time, the supercooling can be released by applying the voltage.

蓄熱材12は、添加剤を含み得る。添加剤の例は、過冷却解除助剤、粘度調整剤、整泡剤、酸化防止剤、脱泡剤、砥粒、充填剤、顔料、染料、着色剤、増粘剤、界面活性剤、難燃剤、可塑剤、滑剤、帯電防止剤、耐熱安定剤、粘着付与剤、硬化触媒、安定剤、シランカップリング剤、またはワックスである。本発明の目的が阻害されない限り、添加剤の種
類及び量は制限されない。添加剤は蓄熱材12に添加される必要はない。
The heat storage material 12 may include an additive. Examples of additives include supercooling release aids, viscosity modifiers, foam stabilizers, antioxidants, defoamers, abrasive grains, fillers, pigments, dyes, colorants, thickeners, surfactants, difficult agents. It is a flame retardant, a plasticizer, a lubricant, an antistatic agent, a heat stabilizer, a tackifier, a curing catalyst, a stabilizer, a silane coupling agent, or a wax. The kind and amount of the additive are not limited as long as the object of the present invention is not impaired. Additives need not be added to the heat storage material 12.

(無機多孔体の細孔内に固相の微細な蓄熱材12を形成する方法)
固相の微細な蓄熱材12を無機多孔体の細孔内に形成する方法が、以下、説明される。無機多孔体を含有する蓄熱材12は、蓄熱材12の融点(すなわち、摂氏58度)以上の温度で加熱される。このようにして、蓄熱材12は液体状態になる。次に、この温度が維持されながら、所定時間、蓄熱材12は静置される。この間に、蓄熱材12は、無機多孔体の細孔内に導入される。本発明者らは、毛細管現象により、蓄熱材12は、無機多孔体の細孔内に導入されると考えている。
(Method of forming solid phase fine heat storage material 12 in pores of inorganic porous body)
A method for forming the solid phase fine heat storage material 12 in the pores of the inorganic porous body will be described below. The heat storage material 12 containing the inorganic porous material is heated at a temperature equal to or higher than the melting point (that is, 58 degrees Celsius) of the heat storage material 12. In this way, the heat storage material 12 becomes liquid. Next, while maintaining this temperature, the heat storage material 12 is left standing for a predetermined time. During this time, the heat storage material 12 is introduced into the pores of the inorganic porous body. The present inventors believe that the heat storage material 12 is introduced into the pores of the inorganic porous body due to the capillary phenomenon.

その後、蓄熱材12は、摂氏マイナス30度またはそれよりも低い温度で冷却される。あるいは、蓄熱材12は摂氏58度以下に冷却され、過冷却状態になった後、酢酸ナトリウム三水和物からなる種結晶が蓄熱材12に添加される。摂氏マイナス30度以下の低温での冷却または過冷却状態での種結晶の添加により、細孔内の蓄熱材12が結晶化される。すなわち、細孔内の蓄熱材12は、液相から固相に変化する。このようにして、無機多孔体の細孔内に固相の微細な蓄熱材12が形成され得る。 Then, the heat storage material 12 is cooled at a temperature of -30 degrees Celsius or lower. Alternatively, the heat storage material 12 is cooled to 58 degrees Celsius or less, becomes a supercooled state, and then a seed crystal made of sodium acetate trihydrate is added to the heat storage material 12. The heat storage material 12 in the pores is crystallized by adding the seed crystal in a cooled state or a supercooled state at a low temperature of -30 degrees Celsius or less. That is, the heat storage material 12 in the pores changes from the liquid phase to the solid phase. In this way, the solid phase fine heat storage material 12 can be formed in the pores of the inorganic porous body.

(電極、電源、およびスイッチ)
図1に示されるように、第1電極13aおよび第2電極13bは、配線およびスイッチ15を介して電源14に電気的に接続されている。
(Electrodes, power supplies, and switches)
As shown in FIG. 1, the first electrode 13 a and the second electrode 13 b are electrically connected to the power supply 14 via the wiring and the switch 15 .

第1電極13aおよび第2電極13bは、いずれも、蓄熱材12に接触するように配置される。蓄熱材12に接触している部分の第1電極13aおよび第2電極13bの距離は、特に限定されない。当該距離の例は、1ミリメートル以上30ミリメートル以下である。 Both the first electrode 13a and the second electrode 13b are arranged so as to contact the heat storage material 12. The distance between the first electrode 13a and the second electrode 13b in the portion in contact with the heat storage material 12 is not particularly limited. An example of the distance is 1 mm or more and 30 mm or less.

第1電極13aは、その表面に銀、銀合金、または銀化合物を有する。言うまでもないが、当該銀またはその合金が、蓄熱材12に接触している。銀合金の例は、銀パラジウム合金または銀銅合金である。銀化合物の例は、ハロゲン化銀または酸化銀である。ハロゲン化銀の例は、臭化銀である。 The first electrode 13a has silver, a silver alloy, or a silver compound on its surface. Needless to say, the silver or its alloy is in contact with the heat storage material 12. Examples of silver alloys are silver-palladium alloys or silver-copper alloys. Examples of silver compounds are silver halide or silver oxide. An example of silver halide is silver bromide.

第2電極13bは、その表面に銀、銀合金、または銀化合物を有する必要はない。言うまでもないが、第2電極13bもまた、その表面に銀、銀合金、または銀化合物を有し得る。 The second electrode 13b does not need to have silver, a silver alloy, or a silver compound on its surface. Needless to say, the second electrode 13b may also have silver, a silver alloy, or a silver compound on its surface.

第1電極13aおよび第2電極13bの形状は、限定されない。第1電極13aおよび第2電極13bの形状は、例えば、板状または線状である。 The shapes of the first electrode 13a and the second electrode 13b are not limited. The shape of the first electrode 13a and the second electrode 13b is, for example, a plate shape or a linear shape.

直流電源14に代えて、交流電源が用いられ得る。 Instead of the DC power supply 14, an AC power supply may be used.

本実施形態による蓄熱装置10は、複数の蓄熱槽11を具備し得る。各蓄熱槽11は、各蓄熱材12に接する第1電極13aおよび第2電極13bを具備し得る。複数の蓄熱槽11は、直流電源14に並列に電気的に接続され得る。 The heat storage device 10 according to the present embodiment may include a plurality of heat storage tanks 11. Each heat storage tank 11 may include a first electrode 13 a and a second electrode 13 b that are in contact with each heat storage material 12. The plurality of heat storage tanks 11 can be electrically connected in parallel to the DC power supply 14.

(蓄熱装置10の使用方法)
まず、蓄熱材12は冷却され、過冷却状態になる。このようにして、潜熱が酢酸ナトリウム三水和物に蓄えられる。
(How to use the heat storage device 10)
First, the heat storage material 12 is cooled and brought into a supercooled state. In this way, latent heat is stored in sodium acetate trihydrate.

次に、第1電極13aおよび第2電極13bの間に電圧が印加され、蓄熱材12の過冷却状態が解除される。電圧の印加による蓄熱材12の過冷却状態の解除により、蓄熱材1
2は結晶化する。その結果、蓄熱材12は熱を放出する。すなわち、潜熱が取り出される。
Next, a voltage is applied between the first electrode 13a and the second electrode 13b, and the supercooled state of the heat storage material 12 is released. By releasing the supercooled state of the heat storage material 12 by applying a voltage, the heat storage material 1
2 crystallizes. As a result, the heat storage material 12 releases heat. That is, latent heat is extracted.

(蓄熱装置10の再利用)
蓄熱材12が熱を放出した後、蓄熱装置は、繰り返し利用のために、摂氏58度以上かつ摂氏80度以下の温度で加熱される。このようにして、蓄熱材12に含有される酢酸ナトリウム三水和物が融解する。言い換えれば、結晶化された酢酸ナトリウム三水和物(すなわち、固体状態の酢酸ナトリウム三水和物)は加熱により融解する。蓄熱材12は、摂氏90度以上の温度で加熱されてはならない。万一、摂氏90度以上の温度で蓄熱材12が加熱された場合、比較例4〜比較例12に示されるように、クラスタの生存可能性が著しく小さくなる。
(Reuse of heat storage device 10)
After the heat storage material 12 releases heat, the heat storage device is heated at a temperature of not lower than 58 degrees Celsius and not higher than 80 degrees Celsius for repeated use. In this way, the sodium acetate trihydrate contained in the heat storage material 12 melts. In other words, the crystallized sodium acetate trihydrate (ie solid state sodium acetate trihydrate) melts upon heating. The heat storage material 12 should not be heated at a temperature higher than 90 degrees Celsius. In the unlikely event that the heat storage material 12 is heated at a temperature of 90 degrees Celsius or higher, the viability of the cluster is significantly reduced as shown in Comparative Examples 4 to 12.

ただし、摂氏90度以上の温度で蓄熱材12が加熱された場合であっても、摂氏マイナス30度以下の低温での冷却または過冷却状態での種結晶の添加により、無機多孔体の細孔内に固相の微細な蓄熱材12が再度、形成され得る。 However, even when the heat storage material 12 is heated at a temperature of 90 degrees Celsius or higher, the pores of the inorganic porous material can be obtained by adding a seed crystal in a cooling or supercooling state at a low temperature of -30 degrees Celsius or lower. The solid phase fine heat storage material 12 can be formed therein again.

(実施例)
本発明が以下の実施例を参照しながらより詳細に説明される。
(Example)
The invention will be described in more detail with reference to the following examples.

(実施例1)
実施例1は、実施例1A〜実施例1Dから構成される。
(Example 1)
Example 1 is composed of Examples 1A to 1D.

(実施例1A)
(蓄熱装置10の作製)
蓄熱槽11に、酢酸ナトリウム(2.2グラム)、水(1.8グラム)、および0.9ナノメートルの平均細孔径を有するゼオライトが添加された。蓄熱槽11は、9ミリリットルの容量を有するガラス製のサンプル瓶であった。ゼオライトは、東ソー株式会社より、商品名「X型ゼオライト、F−9」として購入した。ゼオライトの添加量は、酢酸ナトリウムおよび水の合計重量(すなわち、4.0グラム)に対して20質量%であった。言い換えれば、ゼオライトの添加量は、0.8グラムであった。このようにして、ゼオライトを含有し、かつ酢酸ナトリウム三水和物を主成分とする蓄熱材12が蓄熱槽11に貯留された。
(Example 1A)
(Production of heat storage device 10)
To the heat storage tank 11 was added sodium acetate (2.2 grams), water (1.8 grams), and zeolite with an average pore size of 0.9 nanometers. The heat storage tank 11 was a glass sample bottle having a capacity of 9 ml. Zeolite was purchased from Tosoh Corporation under the trade name “X-type zeolite, F-9”. The amount of zeolite added was 20% by mass based on the total weight of sodium acetate and water (ie 4.0 g). In other words, the amount of zeolite added was 0.8 grams. In this way, the heat storage material 12 containing zeolite and containing sodium acetate trihydrate as a main component was stored in the heat storage tank 11.

次に、線状の銀から構成される第1電極13aおよび第2電極13bが、蓄熱材12に浸漬された。第1電極13aおよび第2電極13bは、1.5ミリメートルの直径を有していた。第1電極13aおよび第2電極13bが蓄熱材12に接している部分の長さは、おおよそ5ミリメートルであった。蓄熱槽11に蓋を被せた。このようにして、実施例1による蓄熱装置10が得られた。 Next, the first electrode 13a and the second electrode 13b made of linear silver were immersed in the heat storage material 12. The first electrode 13a and the second electrode 13b had a diameter of 1.5 millimeters. The length of the portion where the first electrode 13a and the second electrode 13b were in contact with the heat storage material 12 was approximately 5 millimeters. The heat storage tank 11 was covered with a lid. In this way, the heat storage device 10 according to Example 1 was obtained.

(蓄熱装置10の評価)
蓄熱槽11に含有される液体状態の蓄熱材12が摂氏70度の温度で2時間静置された。この間に、ゼオライトの細孔内に蓄熱材12が進入したと本発明者らは考えている。その後、蓄熱材12は、摂氏マイナス30度に冷却された。このようにして、蓄熱材12は結晶化された。本発明者らは、細孔内の蓄熱材12も、細孔外の蓄熱材12も、液体状態から固体状態に変化したと考えた。
(Evaluation of the heat storage device 10)
The liquid heat storage material 12 contained in the heat storage tank 11 was allowed to stand at a temperature of 70 degrees Celsius for 2 hours. The present inventors consider that the heat storage material 12 has entered the pores of the zeolite during this period. Then, the heat storage material 12 was cooled to -30 degrees Celsius. In this way, the heat storage material 12 was crystallized. The present inventors considered that both the heat storage material 12 inside the pores and the heat storage material 12 outside the pores changed from the liquid state to the solid state.

次に、蓄熱槽11に含有される蓄熱材12は、摂氏70度の温度で1時間、加熱された。これにより、蓄熱材12は融解した。次いで、蓄熱材12は、摂氏80度の静置温度で、15分間の静置時間の間、静置された。さらに、蓄熱材12は、室温(およそ摂氏25度)まで冷却された。第1電極13aおよび第2電極13bの間に2ボルトの電圧がおお
よそ2分間、印加され、そして本発明者らは、蓄熱材12が結晶化されたかどうかを目視で観察した。評価は6回、繰り返された。表1は、観察結果を示す。表1に含まれる分数の分子は、蓄熱材12が結晶化された回数である。表1に含まれる分数の分母は、評価回数(すなわち、6回)である。
Next, the heat storage material 12 contained in the heat storage tank 11 was heated at a temperature of 70 degrees Celsius for 1 hour. As a result, the heat storage material 12 melted. Next, the heat storage material 12 was allowed to stand at a standing temperature of 80 degrees Celsius for a standing time of 15 minutes. Furthermore, the heat storage material 12 was cooled to room temperature (about 25 degrees Celsius). A voltage of 2 volts was applied between the first electrode 13a and the second electrode 13b for about 2 minutes, and the present inventors visually observed whether the heat storage material 12 was crystallized. The evaluation was repeated 6 times. Table 1 shows the observation results. The fractional numerator included in Table 1 is the number of times the heat storage material 12 was crystallized. The denominator of the fraction included in Table 1 is the number of evaluations (that is, 6 times).

(実施例1B〜1D)
実施例1B〜1Dでは、静置時間が、それぞれ、30分間、1時間、および2時間であったこと以外は、実施例1Aと同一の実験が行われた。実験結果は表1に示される。
(Examples 1B to 1D)
In Examples 1B to 1D, the same experiment as in Example 1A was performed, except that the standing time was 30 minutes, 1 hour, and 2 hours, respectively. The experimental results are shown in Table 1.

(実施例2)
以下の事項(i)および(ii)を除き、実施例1と同一の実験が行われた。
(Example 2)
The same experiment as in Example 1 was performed except for the following matters (i) and (ii).

(i) ゼオライトに代えて、メソポーラスシリカ(シグマアルドリッチ社から商品名「MCM−41」として購入、平均細孔径:2.5ナノメートル〜3.0ナノメートル)が用いられたこと、および
(ii) メソポーラスシリカの添加量は、酢酸ナトリウムおよび水の合計重量(すなわち、4.0グラム)に対して15質量%(すなわち、0.6グラム)であったこと。
(I) Mesoporous silica (purchased from Sigma-Aldrich under the trade name "MCM-41", average pore diameter: 2.5 nanometers to 3.0 nanometers) was used in place of zeolite, and (ii) ) The amount of mesoporous silica added was 15% by mass (ie, 0.6 g) based on the total weight of sodium acetate and water (ie, 4.0 g).

(実施例3)
以下の事項(i)を除き、実施例1と同一の実験が行われた。
(Example 3)
The same experiment as in Example 1 was performed except for the following matter (i).

(i) ゼオライトに代えて、活性炭(カルゴンカーボンジャパン社から、商品名「椰子殻活性炭」として購入、平均細孔径:1.0ナノメートル〜3.0ナノメートル)が用いられた。 (I) Instead of zeolite, activated carbon (purchased from Calgon Carbon Japan Co., Ltd. under the trade name of "coconut shell activated carbon", average pore diameter: 1.0 nanometer to 3.0 nanometer) was used.

(実施例4)
以下の事項(i)を除き、実施例1と同一の実験が行われた。
(Example 4)
The same experiment as in Example 1 was performed except for the following matter (i).

(i) ゼオライトに代えて、シリカゲル(富士シリシア化学株式会社社から、商品名「MB100」として購入、平均細孔径:10ナノメートル)が用いられた。 (I) Instead of zeolite, silica gel (purchased from Fuji Silysia Chemical Ltd. under the trade name “MB100”, average pore diameter: 10 nanometers) was used.

(実施例5)
以下の事項(i)を除き、実施例1と同一の実験が行われた。
(Example 5)
The same experiment as in Example 1 was performed except for the following matter (i).

(i) ゼオライトに代えて、シリカゲル(富士シリシア化学株式会社社から、商品名「MB300」として購入、平均細孔径:30ナノメートル)が用いられた。 (I) Instead of zeolite, silica gel (purchased from Fuji Silysia Chemical Ltd. under the trade name “MB300”, average pore diameter: 30 nanometers) was used.

(実施例6)
以下の事項(i)を除き、実施例1と同一の実験が行われた。
(Example 6)
The same experiment as in Example 1 was performed except for the following matter (i).

(i) ゼオライトに代えて、シリカゲル(富士シリシア化学株式会社社から、商品名「MB500」として購入、平均細孔径:50ナノメートル)が用いられた。 (I) Instead of zeolite, silica gel (purchased from Fuji Silysia Chemical Ltd. under the trade name “MB500”, average pore diameter: 50 nanometers) was used.

(比較例1)
ゼオライトが蓄熱槽11に添加されなかったこと以外は、実施例1と同一の実験が行われた。
(Comparative Example 1)
The same experiment as in Example 1 was performed, except that zeolite was not added to the heat storage tank 11.

(比較例2)
以下の事項(i)を除き、実施例1と同一の実験が行われた。
(Comparative example 2)
The same experiment as in Example 1 was performed except for the following matter (i).

(i) ゼオライトに代えて、シリカゲル(富士シリシア化学株式会社社から、商品名「MB800」として購入、平均細孔径:80ナノメートル)が用いられた。 (I) Instead of zeolite, silica gel (purchased from Fuji Silysia Chemical Ltd. under the trade name “MB800”, average pore diameter: 80 nanometers) was used.

(比較例3)
以下の事項(i)を除き、実施例1と同一の実験が行われた。
(Comparative example 3)
The same experiment as in Example 1 was performed except for the following matter (i).

(i) ゼオライトに代えて、シリカ(関東化学株式会社から購入)が用いられた。当該シリカは細孔を有さない非晶質二酸化ケイ素から形成されていた。 (I) Silica (purchased from Kanto Chemical Co., Inc.) was used instead of zeolite. The silica was formed from non-porous amorphous silicon dioxide.

(比較例4〜比較例12)
静置温度が摂氏90度であったことを除き、実施例1〜実施例6および比較例1〜比較例3と同一の実験が行われた。結果は表2に示される。
(Comparative Examples 4 to 12)
The same experiment as in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 3 was performed, except that the standing temperature was 90 degrees Celsius. The results are shown in Table 2.

Figure 0006733615
Figure 0006733615

Figure 0006733615
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表1および表2から明らかなように、静置温度は摂氏80度以下である必要がある。さもなければ、蓄熱材12の結晶化はしばしば失敗する。表1から明らかなように、平均細孔径は50ナノメートル以下であることが必要である。さもなければ、蓄熱材12の結晶化はしばしば失敗する。 As is clear from Table 1 and Table 2, the stationary temperature needs to be 80 degrees Celsius or less. Otherwise, crystallization of the heat storage material 12 often fails. As is clear from Table 1, the average pore size needs to be 50 nanometers or less. Otherwise, crystallization of the heat storage material 12 often fails.

表1から明らかなように、蓄熱材12の結晶化の確実性の観点から、無機多孔体はシリカゲルまたは活性炭であることが望ましい。 As is clear from Table 1, the inorganic porous material is preferably silica gel or activated carbon from the viewpoint of the reliability of crystallization of the heat storage material 12.

上記の実施例に示されるように、蓄熱材12に、50ナノメートル以下の平均細孔径を有する無機多孔体を添加することにより、蓄熱材12が融点(すなわち、摂氏58度以上)かつ摂氏80度以下の高温で保持された後であっても、電圧印加により潜熱を取り出すことができる。 As shown in the above example, by adding an inorganic porous material having an average pore diameter of 50 nanometers or less to the heat storage material 12, the heat storage material 12 has a melting point (that is, 58 degrees Celsius or more) and 80 degrees Celsius. The latent heat can be taken out by applying a voltage even after the latent heat is maintained at a high temperature of not more than 10 degrees.

本発明による蓄熱装置においては、蓄熱材12が液体状態において高温で保持された後であっても、電圧の印加により潜熱を取り出すことが出来る。 In the heat storage device according to the present invention, latent heat can be taken out by applying a voltage even after the heat storage material 12 is held in a liquid state at a high temperature.

一例として、本発明による蓄熱装置は、車輪を駆動させるエンジンを備える車両に取り付けられる。蓄熱材12から放出された熱は、車両に備えられたエンジンのような内燃機関の暖機運転のために用いられる。本発明による蓄熱装置は、ボイラー、空調機または給湯器にも取り付けられる。 As an example, the heat storage device according to the present invention is attached to a vehicle including an engine that drives wheels. The heat released from the heat storage material 12 is used for warm-up operation of an internal combustion engine such as an engine provided in the vehicle. The heat storage device according to the present invention is also attached to a boiler, an air conditioner or a water heater.

10 蓄熱装置
11 蓄熱槽
12 蓄熱材
13 電極
14 直流電源
15 スイッチ
20 活性炭の表面
21 マクロ孔
22 ミクロメソ孔
10 Thermal Storage Device 11 Thermal Storage Tank 12 Thermal Storage Material 13 Electrode 14 DC Power Supply 15 Switch 20 Activated Carbon Surface 21 Macropore 22 Micro Mesopore

Claims (6)

熱を放出する方法であって、以下の工程:
(pa1) 酢酸ナトリウム三水和物を含有する蓄熱材を結晶化する工程、
(pa2) 前記工程(pa1)の後に、前記蓄熱材を摂氏80度以下で融解する工程、
(a) 前記蓄熱材を具備する蓄熱装置を冷却して、前記酢酸ナトリウム三水和物を過冷却状態にする工程、
ここで、
前記蓄熱装置は、
前記蓄熱材に接し、かつ銀、銀合金、または銀化合物から形成された表面を有する第1電極、
前記蓄熱材に接する第2電極、
前記蓄熱材に含有された無機多孔体、および
前記第1電極および前記第2電極に電圧を印加するための電源
を具備し、
前記無機多孔体は、10ナノメートル以上50ナノメートル以下の平均細孔径を有し、かつ
前記無機多孔体は、シリカゲルから形成され、
(b) 工程(a)の後に、摂氏58度以下の温度で、前記電源を用いて、前記第1電極および前記第2電極に電圧を印加し、前記蓄熱材から熱を放出させる工程、および
(c) 工程(b)の後に、前記蓄熱装置を摂氏58度以上かつ摂氏80度以下の温度で加熱し、前記酢酸ナトリウム三水和物を融解する工程
を具備する、方法。
A method of releasing heat, comprising the steps of:
(Pa1) a step of crystallizing a heat storage material containing sodium acetate trihydrate,
(Pa2) a step of melting the heat storage material at 80 degrees Celsius or less after the step (pa1),
(A) cooling a heat storage device including the heat storage material to bring the sodium acetate trihydrate into a supercooled state,
here,
The heat storage device,
The heat storage material in contact, and silver, a silver alloy or a first electrode having a surface formed from a silver compound,,
A second electrode in contact with the heat storage material,
An inorganic porous material contained in the heat storage material; and a power supply for applying a voltage to the first electrode and the second electrode,
The inorganic porous material has an average pore diameter of 10 nanometers or more and 50 nanometers or less, and the inorganic porous material is formed of silica gel,
(B) a step of applying a voltage to the first electrode and the second electrode at a temperature of 58 degrees Celsius or lower after the step (a) to release heat from the heat storage material; and (C) A method comprising the step of, after the step (b), heating the heat storage device at a temperature of 58° C. or higher and 80° C. or lower to melt the sodium acetate trihydrate.
請求項1に記載の方法であって、
前記工程(pa1)は、
(pa11) 前記蓄熱材を摂氏マイナス30度以下に冷却する工程
を具備する、方法。
The method of claim 1, wherein
The step (pa1) is
(Pa11) A method comprising a step of cooling the heat storage material to -30 degrees Celsius or less.
請求項1に記載の方法であって、
前記工程(pa1)は、
(pa12) 過冷却状態の前記蓄熱材に酢酸ナトリウム三水和物の結晶を添加する工程
を具備する、方法。
The method of claim 1, wherein
The step (pa1) is
(Pa12) A method comprising a step of adding crystals of sodium acetate trihydrate to the supercooled heat storage material.
車両に含まれたエンジンに熱を付与する方法であって、以下の工程:
(pa1) 酢酸ナトリウム三水和物を含有する蓄熱材を結晶化する工程、
(pa2) 前記工程(pa1)の後に、前記蓄熱材を摂氏80度以下で融解する工程、
(a) 前記蓄熱材を具備する蓄熱装置を冷却して、前記酢酸ナトリウム三水和物を過冷却状態にする工程、
ここで、
前記蓄熱装置は、前記車両に含まれ、
前記蓄熱装置は、
前記蓄熱材に接し、かつ銀、銀合金、または銀化合物から形成された表面を有する第1電極、
前記蓄熱材に接する第2電極、
前記蓄熱材に含有された無機多孔体、および
前記第1電極および前記第2電極に電圧を印加するための電源
を具備し、
前記無機多孔体は、10ナノメートル以上50ナノメートル以下の平均細孔径を有し、かつ
前記無機多孔体は、シリカゲルから形成され、
(b) 摂氏58度以下の温度で、前記電源を用いて、前記第1電極および前記第2電極に電圧を印加し、前記蓄熱材からの熱の放出により前記エンジンに前記熱を付与する工程、および
(c) 工程(b)の後に、前記蓄熱装置を摂氏58度以上かつ摂氏80度以下の温度で加熱し、前記酢酸ナトリウム三水和物を融解する工程
を具備する、方法。
A method of applying heat to an engine included in a vehicle, comprising the steps of:
(Pa1) a step of crystallizing a heat storage material containing sodium acetate trihydrate,
(Pa2) a step of melting the heat storage material at 80 degrees Celsius or less after the step (pa1),
(A) cooling a heat storage device including the heat storage material to bring the sodium acetate trihydrate into a supercooled state,
here,
The heat storage device is included in the vehicle,
The heat storage device,
The heat storage material in contact, and silver, a silver alloy or a first electrode having a surface formed from a silver compound,,
A second electrode in contact with the heat storage material,
An inorganic porous material contained in the heat storage material; and a power supply for applying a voltage to the first electrode and the second electrode,
The inorganic porous material has an average pore diameter of 10 nanometers or more and 50 nanometers or less, and the inorganic porous material is formed of silica gel,
(B) A step of applying a voltage to the first electrode and the second electrode using the power source at a temperature of 58 degrees Celsius or less, and applying the heat to the engine by releasing heat from the heat storage material. And (c) after the step (b), a step of heating the heat storage device at a temperature of 58° C. or higher and 80° C. or lower to melt the sodium acetate trihydrate.
請求項4に記載の方法であって、
前記工程(pa1)は、
(pa11) 前記蓄熱材を摂氏マイナス30度以下に冷却する工程
を、具備する、方法。
The method of claim 4, wherein
The step (pa1) is
(Pa11) A method comprising a step of cooling the heat storage material to -30 degrees Celsius or less.
請求項4に記載の方法であって、
前記工程(pa1)は、
(pa12) 過冷却状態の前記蓄熱材に酢酸ナトリウム三水和物の結晶を添加する工程
を具備する、方法。
The method of claim 4, wherein
The step (pa1) is
(Pa12) A method comprising a step of adding crystals of sodium acetate trihydrate to the supercooled heat storage material.
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